岩石的电阻率和影响因素

12.2.1 岩石和矿物的电阻率

自然界的各类岩石和矿物都具有一定的导电性，电阻率就是表征物体导电性能的一个物理量。按导电机理分，固体矿物可分为金属导电类矿物、半导体类导电矿物和固体离子类导电矿物。各种天然金属为金属导电类矿物，其电阻率很小。例如金的电阻率为2×10-8 Ω·m，铜的电阻率为1.2×10-8～30×10-8Ω·m。金属硫化矿和金属氧化矿为半导体类导电矿物，其电阻率值变化范围很大，其中电阻率在n×10-8～n×102Ω·m称为良导电性矿物，电阻率在n×102～n×106Ω·m称为中等导电性矿物。如黄铜矿、黄铁矿、方铅矿等电阻率小于1Ω·m，但赤铁矿电阻率大于1Ω·m。造岩矿物如长石、石英、辉石、云母、方解石等属固体离子类导电矿物，其电阻率很大，大于106Ω·m，在干燥的情况下它们几乎是绝缘的。

因此，在自然界中，各种不同成分的干岩石和矿物的电阻率值有相当大的差异，表12-1、表12-2和表12-3分别给出半导体矿物、各类常见的矿物和岩石的电阻率值。图12-4为几种常见岩石电阻率的分布范围曲线。

从矿物的电阻率表可以看出：硫化物、石墨及某些氧化物是属于低电阻率的，ρ＜1 Ω·m；而大部分造岩矿物则属于高阻率，ρ＞106Ω·m。大多数金属矿物都属于半导体，其电阻率值为10-6～106Ω·m。从岩石的电阻率表也可以看出，火成岩的电阻率一般要大于沉积岩的电阻率而在沉积岩中，石膏、石灰岩的电阻率高，黏土和砂岩的电阻率值则低。同时也可以看出，同一类型的矿物或岩石的电阻率并不一定都相同，而是有一个较大的变化范围，影响电阻率值的因素来源于多方面。

表12-1 常见半导体矿物的电阻率值

（续表）

表12-2 主要矿物的电阻率

表12-3 常见岩石的电阻率

图12-4 几种岩石电阻率的分布范围曲线图

12.2.2 影响岩石电阻率值的因素

就岩石而言，影响岩石电阻率值的因素，除了和组成岩石的矿物成分外，还包括矿物颗粒在岩石中的结构、岩石的孔隙度、温度及所受压力等因素。以下简述影响电阻率值的主要因素。

1.与矿物颗粒结构的关系

组成某种岩石的矿物颗粒对岩石电阻率的影响，主要取决于矿物颗粒在岩石中的排列状态。如果矿物颗粒是相互连接的，则矿物颗粒的电阻率对岩石电阻率的影响大；如果矿物颗粒彼此孤立，则其影响就小。一般说来，当导电矿物呈致密块状时，其电阻率值较小。若呈星星点点状分布时，则电阻率较大；当呈细脉状分布时，则由于导电矿物颗粒互相穿插连通而使其电阻率值降低。对于层状结构的岩石（图12-5），在颗粒排列的不同方向上，岩石的电阻率值也会不同。由于在平行层面上介质是连通的，而垂直于层面方向的介质是相互离开的，所以沿层理的电阻率ρt总是低于垂直层理方向的电阻率ρn，即ρn＞ρt。这种特点称为岩石电阻率的各向异性。岩石的各向异性参数系数为

图12-5 层状岩石模型

平均电阻率为

表12-4中列出了几种常见岩层的非各向同性系数（λ）值及ρn/ρt值。由表可见，某些岩层的电阻率具有明显的非各向同性。如石墨化碳质页岩，在垂直和平行层理两个方向上的电阻率，相差竟达4～7倍。这在电法资料的勘探推断解释中，应引起充分重视。

表12-4 几种常见岩层的非各向同性系数

2.与湿度的关系

地下水及其他天然水的电阻率均较低（表12-5）。并且含盐分越多，电阻率值越低。岩、矿石中所含水分的多少（或湿度大小）对其电阻率值有较大影响。

表12-5 几种常见天然水电阻率

一般含水量大的岩石电阻率较低，而含水量小或干燥岩石电阻率较高。岩石含水量的大小，主要取决于岩石本身的孔隙度及当地的水文地质条件。在潜水面以下，通常岩石孔隙中几乎充满了地下水，此时岩石含水量便等于岩石孔隙度。在岩石中的水分互相连通的情况下，岩石的电阻率主要取决于其中所含水分的多少（或湿度大小）。

处于潜水面以上的岩石，通常也不是完全干燥的。因大气中的水分通过降至地面的雨、雪可渗入地下，在渗透过程中由于岩石颗粒对水的吸附作用，岩石孔隙中能保存一部分水。一般孔隙直径越小，吸水性越强，岩石的含水量便越大，故黏土电阻率较低。由表12-5可见，火成岩孔隙度虽较小，但因风化或构造破坏作用可使其裂隙或节理较发育，故自然界中，火成岩电阻率往往较低。变质岩电阻率则与变质程度有关，变质程度越高岩石越致密，其电阻率值便越大。

此外，当同类岩石所受外力作用强弱不同时，其孔隙度和电阻率大小也不一致。通常受外力作用较强的地段，其孔隙度变小，电阻率变大。因此，根据区域性岩石电阻率资料，有可能了解构造力的作用方向和范围。

3.与温度的关系

当温度大于0℃时，随温度升高，含水岩石中的溶液溶解度增大，溶液中离子活动性增强，从而增强了溶液的导电性，使含水岩石的电阻率随温度的升高而降低。在0℃以下的负温区内，随着温度的降低，含水岩石的电阻率明显增高。当温度下降到接近-20℃时，含水岩石的电阻率竟高达106Ω·m，较正温区的电阻率大三个数量级次。这是岩石孔隙中的水溶液结冰后导电性变得很差的结果。

由于温度的降低（特别是在0℃以下）可使岩石电阻率增高，故在寒冷地区或冰冻季节进行地面电法工作时，对需要通过接地电极向地下供电和测量的传导类电法而言，将会产生较大困难。因为在那些地区，近地表的土壤或岩石电阻率很高，所以会使电极接地电阻很大。但对不需要接地的感应类电法而言，表层电阻率的变大，不会使其工作变得困难。

在电法探测中，不但需要考虑四季温差变化对野外施工的影响，而且还应特别注意地温梯度造成岩石电阻率随深度增加而降低。在深部电性探测和石油勘探中，这一问题已日益被人们所重视。由于在地壳常温带（自地表面向下20～25m）以下，地温随深度的增加而变大，地温每升高一度所下延的深度称地温增加率，其值因地而异，且同一地区不同深度也不一致。在我国平均约40m增加1℃。这样，在地下1600m深处的地温将比地面高约40℃。在那里，金属矿物的电阻率大约升高20%，而含水岩石的电阻率约降低一半，所以要注意地温梯度对电阻率的影响。通过对深部岩石电阻率的观测，可给出某一地区地下温度场变化规律的资料，以用于寻找地下热能资源和研究地质构造。这方面的问题已日益为人们所重视。

4.与压力的关系

实验发现，对于某些岩石，电阻率随应力的增大而增高，但当应力超过某一限度（如破裂应力）时，其电阻率就会迅速降低。而且，电阻率随应力的变化，比其弹性性能随应力的变化还要明显。这一情况可能是因为岩石孔隙结构的变化使得岩石内所含有的水溶液也发生变化，但与岩石中某种矿物的含量关系不大。这里须指出，对于不同的岩石，或不同的实验条件，所测得的电阻率与压力的关系也各不相同。这是由于岩石在不同的外界条件下，会引起不同的物理效应。